Kết quả nghiên cứu điều tiết nhiều năm liên hồ chứa Hủa Na và Cửa Đạt cho mục đích cấp nước và phát điện

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐIỀU TIẾT NHIỀU NĂM LIÊN HỒ CHỨA<br /> HỦA NA VÀ CỬA ĐẠT CHO MỤC ĐÍCH CẤP NƯỚC VÀ PHÁT ĐIỆN<br /> <br /> Lê Quốc Hưng<br /> Ban Đầu tư xây dựng, Tổng Công ty Điện lực Dầu khí<br /> Lê Văn Nghị<br /> Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển<br /> Phan Trần Hồng Long<br /> Đại học Thủy lợi<br /> <br /> Tóm tắt: Việt Nam là quốc gia có nhiều hệ thống sông ngòi với tiềm năng lớn về phát triển thủy<br /> điện. Tuy nhiên nước ta vẫn là một nước nông nghiệp nên nhu cầu đảm bảo cung cấp nước tưới<br /> và sinh hoạt về hạ du luôn là một yêu cầu cấp thiết. Lưu vực sông Chu với hai hồ chứa thủy điện<br /> tương đối lớn là Hủa Na và Cửa Đạt cần phải phối hợp điều tiết để đảm bảo an toàn cung cấp<br /> nước cho hạ lưu trong mùa cạn, phòng chống lũ lụt trong mùa mưa và nâng cao khả năng cung<br /> cấp điện lên lưới điện quốc gia. Bài báo trình bày cách phối hợp điều tiết liên hồ nhiều năm nhằm<br /> giảm bớt số năm không đảm bảo cung cấp nước hoặc hạn chế lượng nước cung cấp bị thiếu là ít<br /> nhất.<br /> Từ khóa: bậc thang hồ chứa, NMTĐ Hủa Na, NMTĐ Cửa Đạt, Chu River<br /> <br /> Summary: Vietnam has many river systems and great potential for hydropower development.<br /> However, the demand for water supply and irrigation in downstream is always an urgent<br /> requirement as it is an agricultural country. The Chu river basin with two relatively large<br /> hydropower reservoirs, Hua Na and Cua Dat, needs to be coordinated to ensure water supply for<br /> the downstream during dry seasons, to prevent floods during rainy seasons as well as to improve<br /> the ability to supply electricity to the national grid. This paper presents a multi-reservoirs<br /> coordination to reduce the number of years of unsecured water supply or minimize the supply of<br /> water shortages.<br /> Keywords: cascade reservoirs, Hua Na HPP, Cua Dat HPP, sông Chu<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ* Nam sông Chu chảy trong những thung lũng<br /> Lưu vực sông Chu có diện tích 7.580 km2 , trong khe hẹp dốc đứng hiểm trở nhiều thác ghềnh,<br /> đó 3.010 km2 thuộc Việt Nam. Sông Chu bắt chỉ tính từ Mường Hinh tới Cửa Đạt có tới 15<br /> nguồn từ vùng núi cao Sầm Nưa thuộc Lào với thác. Từ ngã ba sông Đạt trở xuống lưới sông<br /> độ cao 2.000m, sông chảy quanh co uốn khúc phát triển mạnh, lưu vực phình ra và có thêm<br /> trong vùng núi cao hiểm trở với các dãy núi Phu một số phụ lưu. Từ Bái Thượng tới Giàng, sông<br /> Nam (2.050m), Phu Bo (1.455m) đổ vào Việt Chu chảy giữa hai tuyến đê tả và hữu, có nhiều<br /> Nam tại địa phận tỉnh Nghệ An và đổ vào sông phụ lưu lớn là sông Khao, sông Đạt, sông Đằng<br /> Mã bên bờ phải tại ngã ba Giàng. Dòng chính và sông Âm.<br /> sông Chu dài 325 km, trong đó có 160km chảy Hệ thống hồ chứa Hủa Na - Cửa Đạt là hệ thống<br /> trên địa phận Việt Nam. Trên địa phận Việt bậc thang hồ chứa đa mục tiêu. Trong thời kỳ<br /> <br /> Ngày nhận bài: 24/7/2018 Ngày duyệt đăng: 03/10/2018<br /> Ngày thông qua phản biện: 05/9/2018<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 48 - 2018 1<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> mùa cạn có nhiệm vụ cấp nước hạ du và phát 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> điện là hai nhiệm vụ chính. Trong mùa lũ, NGHIÊN CỨU<br /> nhiệm vụ chính là phòng lũ với dung tích phòng Nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch<br /> lũ của Hủa Na là 100 triệu m3 , của Cửa Đạt là động, tính toán điều tiết nhiều năm liên hồ chứa<br /> 300 triệu m3. Hủa Na - Cửa Đạt, nhằm xem xét các tổ hợp<br /> Tuân theo quy trình vận hành liên hồ, hai hồ đã mực nước cần xuất hiện với hàm mục tiêu là<br /> được điều tiết có mực nước đảm bảo tối thiểu tổng điện lượng hai hồ thu được của 46 năm là<br /> trong mùa kiệt và mực nước tối đa cao nhất lớn nhất, với điều kiện đảm bảo biên ưu tiên đầu<br /> trong mùa lũ (mực nước trước lũ). Tuy nhiên tiên là mực nước trong phạm vi cho phép, ưu<br /> thực tế vận hành đã xảy ra nhiều trường hợp tiên thứ hai là biên lưu lượng cấp về hạ du thấp<br /> nước đến ít làm mực nước hồ hạ thấp hơn mực nhất phải đạt ở mức tối thiểu theo quy trình vận<br /> nước đảm bảo trong mùa kiệt và các đợt lũ hành liên hồ trên lưu vực sông Mã.<br /> chồng lũ như mấy năm gần đây. Lưu lượng tối thiểu (m3/s) về hạ lưu của Hủa<br /> Na (bao gồm qua đập và nhà máy) và Cửa Đạt<br /> (qua NMTĐ Cửa Đạt và tuynel Dốc Cáy) khi<br /> hai hồ vận hành bình thường được thể hiện trên<br /> hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Diễn biến mực nước hồ chứa Hủa Na<br /> 6 tháng đầu năm 2014<br /> <br /> Trong các điều kiện vận hành, mâu thuẫn giữa Hình 2. Lưu lượng tối thiểu về hạ lưu theo<br /> cấp nước và phát điện được thể hiện rõ nhất tháng các hồ Hủa Na và Cửa Đạt<br /> trong mùa cạn. Biểu đồ tiêu thụ điện hàng năm<br /> cho thấy tháng có mức tiêu thụ điện thấp nhất Thời đoạn tháng được sử dụng để tính toán với<br /> thường vào tháng 1 hoặc tháng 2. Nhà máy thủy các mực nước đầu tháng. Với 46 năm thủy văn<br /> điện cũng nên được giảm phần lưu lượng cung liên tục từ năm 1959 đến năm 2005. Thời điểm<br /> cấp về hạ du vào tháng này. Từ tháng 5 đến xuất phát được lựa chọn là khi mực nước<br /> tháng 7 thường là thời kỳ tiêu thụ điện nhiều thượng lưu ít biến động, thời điểm ngày 1/10,<br /> nhất (nắng nóng và kéo dài), nhà máy thủy điện khi hai hồ chứa được phép tích đầy hồ từ mực<br /> cần phải tăng lưu lượng về hạ lưu vào các tháng nước trước lũ.<br /> này. Nghiên cứu tính toán cho trường hợp đối<br /> Giá bán điện cũng ảnh hưởng nhiều đến việc chứng là Hủa Na điều tiết tối ưu trước về sản<br /> điều tiết phát điện, thường mùa mưa có giá thấp lượng điện nhưng vẫn cố gắng đảm bảo đủ để<br /> trong khi nước về nhiều, mùa cạn có giá cao thì Cửa Đạt cấp nước hạ du và tiếp tục là thủy<br /> nước lại về ít. điện Cửa Đạt điều tiết tối ưu lượng nước đến<br /> từ Hủa Na và khu giữa để sản lượng điện bình<br /> <br /> 2 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 48 - 2018<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> quân nhiều năm của thủy điện Cửa Đạt là lớn Bảng 1. Tổ hợp mực nước các năm không<br /> nhất. tích đến mực nước trước lũ cả hai hồ<br /> Các công thức cơ bản: Mực nước Cửa Mực nước Hủa<br /> Số năm<br /> Qphát_điện_HN = Qđến_HN – Q môi_trường_đập_HN - Đạt Na<br /> ΔQHN (2-1) 235 109,1 1 năm<br /> Trong đó ΔQHN là lưu lượng tích vào hồ Hủa<br /> 235 109 1 năm<br /> Na (ΔQHN có giá trị âm nếu là trường hợp cấp<br /> nước) 235 108,7 1 năm<br /> <br /> Qphát_điện_CĐ = Qkhu_giữa + Qphát_điện_HN + 235 108,4 1 năm<br /> Qmôi_trường_đập_HN – ΔQCĐ – QDốc_Cáy (2-2)<br /> 235 107,4 1 năm<br /> Trong đó ΔQCĐ là lưu lượng tích vào hồ Cửa<br /> 235 107,4 1 năm<br /> Đạt (ΔQCĐ có giá trị âm nếu là trường hợp cấp<br /> nước) 233 108,6 1 năm<br /> 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 235 104,7 1 năm<br /> Tính toán điều tiết nhiều năm với thời đoạn 235 104,7 1 năm<br /> tính toán lựa chọn có thời điểm là ngày 1/10<br /> hàng năm, thời điểm mực nước bắt đầu được 235 104 3 năm<br /> phép tích lên đầy hồ. Năm đầu tiên là tổ hợp 233,7 104 1 năm<br /> mực nước thượng lưu 235m của Hủa Na và<br /> 233,3 104 1 năm<br /> 110m của Cửa Đạt. Các năm tiếp theo có thể<br /> mực nước về ở mực thấp hơn nhưng đến năm 230 104 3 năm<br /> cuối cùng chỉ xét giá trị tại mực nước bằng<br /> mực nước xuất phát của năm đầu tiên. Thống Hình 3 và 4 thể hiện diễn biến mực nước nhiều<br /> kê số năm hồ chứa tích kịp đến mực nước năm của hai nhà máy. Mực nước cuối mỗi năm<br /> 235 Hủa Na và 110 Cửa Đạt để đạt giá trị (từ 1 đến 45) sẽ là mực nước đầu của năm kế<br /> điện lượng lớn nhất cho toàn bộ liệt năm là: tiếp (từ 2 đến 46).<br /> 29/46 năm. Trong trường hợp không xét đến<br /> mục tiêu điện lượng max, số năm không thể<br /> tích kịp lên mực nước trước lũ (do thiếu<br /> nước) vào thời điểm 1/10 của cả hai hồ là 3<br /> năm. Đối với trường hợp tính cơ sở, ngoài 29<br /> năm hai hồ cùng tích đạt mực nước trước lũ,<br /> 17 năm còn lại có tổ hợp mực nước không<br /> đạt đến mực nước trước lũ (do thiếu nước<br /> hoặc do tháng 10 hoặc 11 nước sẽ về nhiều,<br /> Hình 3. Diễn biến mực nước thượng lưu<br /> không cần tích sớm) được liệt kê theo bảng<br /> 46 năm NMTĐ Cửa Đạt hàm mục tiêu<br /> sau: điện lượng hai hồ max<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 48 - 2018 3<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Tổ hợp mực nước hai hồ tại<br /> Hình 4. Diễn biến mực nước thượng lưu<br /> thời điểm ngày 1/10, khi hai hồ được phép<br /> 46 năm NMTĐ Hủa Na hàm mục tiêu<br /> tích lên đầy<br /> điện lượng hai hồ max<br /> Kết quả so sánh điện lượng (triệu kWh) các<br /> Để thể hiện tổ hợp mực nước 2 hồ cần phải sử<br /> trường hợp phát theo các hàm mục tiêu khác<br /> dụng các lát cắt thời gian như ở hình 5.<br /> nhau được thể hiện trên bảng 2.<br /> <br /> Bảng 2. Điện lượng (triệu kWh) khi tối ưu tổng hai hồ và tối ưu riêng rẽ lần lượt từng hồ<br /> TH 2 tối ưu điện<br /> TH 1 mục tiêu điện lượng Hủa Na max<br /> lượng tổng hai hồ sau đó Cửa Đạt tối ưu Hồ sơ thiết kế<br /> max theo lưu lượng xả<br /> xuống từ Hủa Na<br /> Điện lượng bình quân<br /> 525,2102 521,1108 417<br /> 46 năm Cửa Đạt<br /> Điện lượng bình quân<br /> 650,5221 652,6949 712,2<br /> 46 năm Hủa Na<br /> Điện lượng bình quân<br /> 1175,732 1173,806 1129,2<br /> 46 năm tổng hai hồ<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khi hồ chứa Hủa Na phải cung cấp một mức<br /> Việc tuân thủ theo quy trình vận hành liên hồ sẽ lưu lượng môi trường xả qua đập (không tham<br /> làm giảm lượng điện phát ra của Hủa Na, nhưng gia phát điện tại nhà máy thủy điện Hủa Na)<br /> lại làm tăng lượng điện phát ra của Cửa Đạt. và tham gia vào việc vận hành liên hồ chứa sẽ<br /> Hay nói cách khác, trong cả hai trường hợp Hủa làm giảm sản lượng bình quân hàng năm của<br /> Na luôn bị thiệt hơn so với thiết kế khi vận hành NMTĐ Hủa Na so với thiết kế từ 59,5 (TH 2)<br /> điều phối chung hai hồ. Trong trường hợp 2, đến 61,7 triệu kWh (TH 1). Tuy nhiên lưu<br /> nếu Hủa Na vận hành tối ưu trước nhưng vẫn lượng môi trường này vẫn tham gia vào phát<br /> xem xét đến việc cấp đủ nước về hạ lưu và có điện tại hồ Cửa Đạt và do có điều tiết thêm từ<br /> đảm bảo thêm việc cấp nước hạ du của Cửa Đạt Hủa Na (phải tuân theo vận hành liên hồ) mà<br /> thì lượng điện phát ra của Hủa Na sẽ tăng lên hồ thủy điện Cửa Đạt tăng được sản lượng từ<br /> (bình quân 4,1 triệu kWh/năm) còn lượng điện 104,1 đến 108,2 triệu kWh từng trường hợp.<br /> tổng hai hồ sẽ giảm xuống (bình quân 1,93 triệu Việc điều tiết nhiều năm sẽ đảm bảo khả năng<br /> kWh/năm). cung cấp nước hạ du và mực nước hai hồ ổn<br /> <br /> <br /> 4 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 48 - 2018<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> định trong phạm vi cho phép. Việc điều tiết năm mực nước về 240m; 1 năm về 239m) và<br /> riêng rẽ từng năm cần lựa chọn tại các thời điểm Cửa Đạt (phạm vi dao động từ 109,6 đến<br /> mực nước hồ ít biến động hơn (so với ngày 112m).<br /> 1/10) là ngày 1 tháng 12 như Hủa Na (45/46<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Hồ sơ thiết kế công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt;<br /> [2] Hồ sơ thiết kế công trình thủy điện Hủa Na;<br /> [3] Thủ tướng Chính phủ. Quyết định số 214 QĐ/TTg “Về việc ban hành Quy trình vận hành<br /> liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã”. 2018. [Online]. Availaibe:<br /> https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Tai-nguyen-Moi-truong/Quyet-dinh-214-QD-TTg-<br /> 2018-Quy-trinh-van-hanh-lien-ho-chua-tren-luu-vuc-song-Ma-374986.aspx;<br /> [4] Nandalal, K.D.W. &Bogardi J.J. 2007. Dynamic Programming Based Operation of<br /> Reservoir Applicability and Limits, in Cambridge.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 48 - 2018 5<br />